《现场总线技术》第2章 数据通信基础与网络互联

2.2 通信系统简介
14
发送设备
信息源
信息接 收者
接收设备
传输介质
数据编码
15
计算机网络系统的通信任务是传送数据或数据化 的传息：
例如：11010010
数据编码是指通信系统中以何种物理信号的形式来表达 数据：
1、模拟数据编码 2、数字数据编码
一、数字数据编码
16
差分码
17
用电平的变化与否来代表逻辑“1”和“0”电平变化 代表“l” ，不变化代表“0”。
现场总线是底层控制网络
4
• 现场总线是企业的底层数字通信网络，是连接 微机化仪表的开放系统。
企业管理层 （数据网络）
NT 服务器
Internet
局域网
过程监控层 （数据网络）
监控工作站
其它工作站
现场控制层 （控制网络）
现场总线接口
现场总线网段
调节阀
差压变送器 差压变送器 差压变送器 温度变送器
2.1 总线的基本概念
第二章 数据通信基础与网络互联
主要内容
2
2.1 总线的基本概念 2.2 数字通信系统简介 2.3 网络拓扑 2.4 传输介质 2.5 介质访问控制方式 2.6 数据交换技术 2.7 差错控制 2.8 网络互连
•数据编码 •信号传输方式 •网络通信方式 •网络同步方式
主要内容
3
2.1 总线的基本概念 2.2 数字通信系统简介 2.3 网络拓扑 2.4 传输介质 2.5 介质访问控制方式 2.6 数据交换技术 2.7 差错控制 2.8 网络互连
5
总线与总线段 从广义来说．总线就是传输信号或信息的公共 路径，是遵循同一技术规范的连接与操作方式。一组设备通过 总线连在一起称为“总线段”(bus segment)。可以通过总线段相 互连接把多个总线段连接成一个网络系统。
总线主设备 可在总线上发起信息传输的设备叫做“总线主设 备”(bus master)。也就是说，主设具备在总线上主动发起通信 的能力，又称命令者。
“脱开”(disconnect)是指完成数据传送操作以后，命令者断开与 响应者的连接。命令者可以在做完一次或多次总线操作后放弃 总线占有权。
通信请求 通信请求是由总线上某一设备向另一设备发出的请求 信号，要求后者给予注意并进行某种服务。它们有可能要求传送 数据也有可能要求完成某种动作。
总线操作的基本内容wenku.baidu.com
三种模拟数据编码调频后的信号波形
二、模拟数据编码——调相
21
相移键控PSK中，载波信号的相位随着调制信号而变化，而载波 信号的幅度、频率不变。例如在二进制相移键控中、可定义为信 号1对应的0o，信号0对应180o 。
三种模拟数据编码调相后的信号波形
通信系统性能
22
1、有效性：传输速率 单位：bps 标准数据信号速率： 50，100，200，300，600，1200， 2400， 4800，9600，240k，1M，
8
寻址 寻址过程是命令者与一个或多个从设备建立起联系的一种总 线操作。通常有以下三种寻址方式：
1、物理寻址——用于选择某一总线段上某一特定位置的从设备 作为响应者
2、逻辑寻址——用于指定存储单元的某一个通用区，而并不顾 及这些存储单元在设备中的物理分布
3、广播寻址——广播寻址用于选择多个响应者。
总线操作的基本内容
总线协议 (bus protocol) 管理主、从设备使用总线的一套规则称为“总线协议”。 这是一套事先规定的、必须共同遵守的规约。
总线操作的基本内容
7
总线操作 总线上命令者与响应者之间的连结——数据传送—— 脱开，这一操作序列称为一次总线“交易”(transaction)，或者叫 做一次总线操作。
同步系统 在大多数同步总线系统中，定时时钟信号是由系统 统一提供的。总线状态的改变只出现在时钟的固定时刻。
异步系统 异步总线系统中，命令者发出选通定时信号表明总线 上的信息有效，响应者回送一个应答定时信号。命令者收到该 应答信号后，证实响应者确实进行了响应。这一过程叫做 “握 手”(handshake)。
9
总线仲裁 总线仲裁是用于裁决哪一个主设备是下一个占有总 线的设备。以避免总线在传送信息的操作过程中有可能发生的 “冲突”（Conflict）。 当前的总线主设备叫做“命令者”(commander)。
10
通信定时 总线操作用“定时”信号进行同步。定时信号用于指 明总线上的数据和地址在什么时刻是有效的。有异步和同步两种。
总线操作的基本内容
11
出错检测 在总线上传送信息时会因噪声和串扰 而出错，因此在高性能总线中设有出错码产生 和校验机构，以实现传送过程的出错检测。
12
容错 备在总线上传送信息出错时，必须提高系统的重配 置能力。
1、硬件结构连接； 2、利用软件减少故障对系统的影响； 3、备用路径
主要内容
13
2.1 总线的基本概念 2.2 数字通信系统简介 2.3 网络拓扑 2.4 传输介质 2.5 介质访问控制方式 2.6 数据交换技术 2.7 差错控制 2.8 网络互连
幅度键控ASK中，载波信号的幅度随着调制信号而变化，而载波 信号的频率、相位不变。例如在二进制数字信号调制后波形的时
域表达式对应SA = an A *coswct， an=0，SA=0代表0， an=1， SA波形代表1。
三种模拟数据编码调幅后的信号波形
二、模拟数据编码——调频
20
频移键控FSK中，载波信号的频率随着调制信号而变化，而载波 信号的幅度、相位不变。例如在二进制频移键控中、可定义为信 号0对应的载波频率大，信号1对应的载波频率小。
总线从设备 不能在总线上主动发起通信、只能挂接在总线上、 对总线信息进行接收查询的设备称为总线从设备(bus slaver)， 也称基本设备、响应者。
6
控制信号 总线上的控制信号通常有三种类型: 1、控制连在总线上的设备 设备清零、初始化、启动和停止 2、改变总线操作的方式 选择数据字段的宽度和字节 3、表明地址和数据的含义 指定某一地址空间
曼彻斯特编码(Manchester Encoding)
18
在曼彻斯持编码中，时间被划分为等间隔的小段。其中每小段代表 一个比特。每一小段时间本身又分为两半，前半个时间段所传信号 是该时间段传送比特值的反码，后半个时间段传送的是比特值本身。
1 00 1 0 11
数据
时钟
曼彻斯特编码
19
二、模拟数据编码——调幅